大气探测第三章：能见度、天气现象的观测

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1、大气探测学1第三章 能见度、天气现象的 观测3.1 能见度的观测 3.2 天气现象的观测23.1 能见度的观测1.基本概念2.影响因子3.气象能见度的目测4.能见度的仪器测量31.基本概念 能见度定义： 指能够看到周围景物的程度，用目标物的最大能 见距离来表示。“能见”： 在白天指能看到和辨认出目标物的轮廓和形体， 在夜间指能清楚看到目标灯的发光点。“不能见”： 看不清目标物的轮廓，认不清其形体，或所见目 标灯发光点模糊，灯光散乱。41.基本概念 能见度分类： 按照观测者与目标物的相对位置，分为水平能见度、 垂直能见度、倾斜能见度。 能见度单位： 以千米为单位，取一位小数，不足0.1km记0.

2、0 。 能见度测量方法： 目测 器测：主要仪器为透射能见度仪、散射能见度仪。5 在气象上，它可以用来了解大气稳定度，判别 气团属性。 在环保方面，它能反映出大气污染的一些基本 状况。 在国防和国民经济建设方面，它是保证航空、 航海、交通运输安全的一个重要因素。观测能见度有什么意义？62.影响能见度的因子大气透明度目标物和背景的属性亮度对比 K观测者的视觉性能对比视感阈 7 大气透明程度（主要影响因子）空气中所含气体分子和悬浮的微小质点能削 弱通过空气层光线的能量。大气及其所含杂 质对光线能量的散射、吸收、反射是决定大 气透明度的基本因素。 悬浮质粒越多，大气透明度越差，目标物的 能见距离越小。

3、8 目标物和背景的属性（亮度对比 K）目标物能见与否，不仅取决于本身亮度，更 主要是取决于它同背景的亮度差异，暗物在 亮的背景衬托下清晰可见，反之亦然。表示这种差异的指标是亮度的对比值K： K=（B0-B)/B0 或 K=(B-B0)/BK=1 目标最清晰 K=0 目标不能见9 观测者的视觉性能（对比视感阈）当K=0时，无法辨别目标物。但由于人眼视觉性能， 等不到K=0而是当K小到某一数值后，人眼对亮度对 比就已经感觉不到。 把人眼开始不能从背景上再感觉到目标物的亮度对比 的最小值称“对比视感阈”，用表示。当K时，目标物可见；当K时，目标物不可见；当K=时，目标物若隐若现，为临界状态。的大小主

4、要取决于观测者的视力，观测时的 光照条件和目标物视角的大小。 10人工观测能见度，一般指有效水平能见度。有效水平能见度：是指四周视野中二分之一 以上的范围能看到的目标物的最大水平距离 。3.气象能见度的目测11 白天能见度： 是指视力正常（对比视感阈为0.05）的人，在当时 天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目 标物（黑色、大小适度）的最大水平距离。 夜间能见度： 假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小 的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离。 中等强度的发光体能被看到和识别的最大距离 。12l目标物的选择 在气象站四周不同方向、不同距离上选择若干固 定能见度目标物。 颜色应当越深越好

5、，且亮度要一年四季不变或 少变。 应尽可能以天空为背景，且与背景的距离尽可 能远一些。 大小要适度，视角以0.55.0之间为宜。 目标物的仰角不宜超过6。13目 标 物 分 布 图 的 测 绘14l人工观测能见度观测必须选择在视野开阔，能看到所 有目标物的固定地点。根据“能见”的最远目标物和“不能见”的最近 目标物，从而判定当时的能见距离。如观测到某方向、某一目标物刚好能见，而 再远一些的目标物就不能见时，刚好能见的 目标物的距离就是该方向的能见距离。 15如某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不到 更远的目标物时，可参考下述几点酌情判定： 目标物的颜色、细微部分（如村庄的单个树木、远处房屋

6、的门窗等）清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离 的五倍以上； 目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，能见度可定为该 目标物距离的二倍半到五倍； 目标物的颜色、细微部分很难分辨时，能见度可定为大 于该目标物的距离，但不应超过二倍半。应考虑目标物的大小，背景颜色，以及当时的光 照等情况。16l灯光目标物的选择 有条件地方，均应在各个方向选择一些固定的目 标灯或专门设置的目标灯作为观测能见度的依据 。但应注意： 应选择孤立的点光源作为目标灯； 灯光强度应固定不变； 应是不带颜色、没有灯罩的白色光源； 应位于开阔地带，不受地方性烟雾的影响。17l人工观测夜间观测能见度时，观测员应先在黑暗处 停留515

7、分钟，待眼睛适应环境后进行 观测。根据最远目标灯能见与否确定能见距离。18无条件利用目标灯进行观测的情况下：根据天黑前能见度的实况和变化趋势，结合观测时 天气现象、湿度、风等气象要素的变化情况，以及 实践经验加以判定。月光较明亮时，可根据目标物的能见与否来判定： 只要能隐约地分辨出比较高大的目标物的轮廓，该 目标物距离就可定为能见距离； 如能清楚分辨时，能见距离可定为大于该目标物的 距离。 19 气象光学视程: 是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量，在大 气中削弱至初始值的5%所通过的路途长度，用来表示大气 透明度。（能见度用气象光学视程表示） 用于测量气象光学视程的仪器可分为以下

8、两类：（1）用于测量水平空气柱的消光系数或透射因数。光的衰 减是由沿光束路径上的微粒散射和吸收造成的。（2）用于测量小体积空气对光的散射系数。在自然雾中， 吸收通常可忽略，散射系数可视作与消光系数相同。 4.能见度的仪器测量20 透射式能见度仪l工作原理：设置一人 工光源，在一定距离外 检测光源衰减程度，计 算其大气衰减系数（即 消光系数）即可换算出 能见距离。21l适用范围：仅用于一些对能见度测 量要求较高的测站，如 机场；或是做为散射仪 的检定标准。22l优点： 采样体积大，测量精度高，是标准仪器 ，可做检定标准。l缺点： 需选择一 足够长基线（收、发器之间的 距离），而且在光源和探测器之

9、间要保持 准确的光轴。在自然条件下，大风引起支 架的颤动将会造成误差。23 散射式能见度仪l工作原理：是测量来自一个小采样容积的 散射光强，通过散射系数的测量来估算出 气象光学视程的仪器。l散射仪分类（根据散射角度不同）： 前向散射型原理与透射式相似。 后向散射型安装方便，可安在室内。 侧向散射型接收较宽视角的散射光。24 前向散射型： 发射器发出近红外光脉冲，接收器测量的 是与发射光束成33度角的散射光束，然后 由处理器计算出气象光学视程。25 后向散射型： 由发射器发出光束，光 线被空气中的粒子散射 后，其后向散射能量再 被光接收器接收，进而 利用相关数学模型演算 出大气能见度值。26 侧

10、向散射型： 在光源前置乳白玻璃，产生漫射光， 照射到采样体积上被散射，由侧向散 射光强估算散射系数。27l适用范围： 对污染的敏感性较低 ，常用于日常监测仪器 ； 或是用来对气象光学 距离提供近似估计，目 前较多用于自动气象观 测系统。28 散射式能见度仪l优点： 基线长度短；发射光源和接收器安装在同 一个支架上，避免了基线难以对准的缺陷。l缺点： 只测量很小体积的空气样本，不够精确。291.影响能见度的因子有哪些？ 2.何谓气象光学视程、白天能见度和夜间能见度、 有效水平能见度？ 3.如何确定“能见”和“不能见”，白天和夜间有何不 同？ 4.夜间能见度目标灯的选择有哪些要求？无灯光目 标物的

11、情况下，夜间能见度如何测定？ 5.白天能见度的观测如何判定？目标物如何选择？ 6.透射式和散射式能见度仪的工作原理、适用范围 和优缺点。复习思考题303.2 天气现象的观测1.基本概念2.特征和符号3.观测和记录31 天气现象：是指发生在大气中和近地面上的一些物理 现象。包括降水现象、地面凝结现象、视 程障碍现象、大气光学现象、雷电现象， 也包括一些风的特征。1.基本概念32各种天气现象都是在一定的天气条件下产 生的，反映着大气中不同的物理过程，是 天气变化的直接反映，也是天气预报的重 要依据。观测天气现象不仅可以为了解一地的气候 情况积累资料，也可以为国防和国民经济 建设服务。观测天气现象有

12、什么意义？33 台站经常观测的天气现象共34种:2.特征和符号34 天气现象分类：（1）降水现象（2）地面凝结现象（3）视程障碍现象（4）雷电现象（5）风暴现象（6）其他现象2.特征和符号35 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 滴状的液态降水，下降 时清楚可见，强度变化 较缓慢，落在水面上会 激起波纹和水花，落在 干地上可留下湿斑。 雨滴直径：0.5-6.0mm 。降水性质：间歇性和 连续性。2.特征和符号36开始和停止都较 突然、强度变化 大的液态降水， 有时伴有雷暴。2.特征和符号 降

13、水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 37 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 稠密、细小而十分均匀 的液态降水，下降情况 不易分辨，看上去似乎 随空气微弱的运动飘浮 在空中，徐徐落下。迎 面有潮湿感，落在水面 无波纹，落在干地上只 是均匀地润湿地面而无 湿斑。雨滴直径:小于 0.5mm。2.特征和符号38 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹

14、雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 固态降水，大多是白 色不透明的六出分枝 的星状、六角形片状 结晶，常缓缓飘落， 强度变化较缓慢。温 度较高时多成团降落 。2.特征和符号3940 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 开始和停止都较突然 、强度变化大的降雪 。2.特征和符号41 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 半融化的雪（湿雪） ; 或雨和雪同时下降。多发生在近地面气

15、温 略高于0时。 2.特征和符号42 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 开始和停止都较突 然、强度变化大的 雨夹雪。2.特征和符号43 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 白色不透明的圆锥 形或球形的颗粒固 态降水，直径约2- 5mm，下降时常呈阵 性，着硬地常反跳 ，松脆易碎。2.特征和符号44 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪

16、8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 2.特征和符号白色不透明的比 较扁的或比较长 的小颗粒固态降 水，直径常小于 1mm，着硬地不反 跳。45 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 透明的丸状或不规 则状的固态降水， 较硬，着硬地一般 反跳。直径小于 mm。有时内部还有 未冻结的水，如被 碰碎，则仅剩下破 碎的冰壳。2.特征和符号46 降水现象： 1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪 8. 霰 9. 米雪 10. 冰粒 11. 冰雹 坚硬的球状、锥状或形 状不规则的固态降水； 雹核一般不透明，外面 包有透明冰层，或由透 明与不透明的冰层相间 组成；小雹以霰为核心 。大小差异大，大的直 径可达数十毫米，小的 仅几毫米。常伴随雷暴